DE19543622A1 - Verfahren und Vorrichtung zum bidirektionalen Übertragen von hochratigen Digitalsignalen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum bidirektionalen Übertragen von hochratigen DigitalsignalenInfo
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- DE19543622A1 DE19543622A1 DE1995143622 DE19543622A DE19543622A1 DE 19543622 A1 DE19543622 A1 DE 19543622A1 DE 1995143622 DE1995143622 DE 1995143622 DE 19543622 A DE19543622 A DE 19543622A DE 19543622 A1 DE19543622 A1 DE 19543622A1
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- H04B7/0845—Weighted combining per branch equalization, e.g. by an FIR-filter or RAKE receiver per antenna branch
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum bidirektionalen
übertragen von hochratigen Digitalsignalen zwischen
wenigstens einer Basisstation und wenigstens einer
Kundeneinrichtung über eine Funkverbindung nach Anspruch 1,
eine in Anspruch 9 umschriebene Basisstation für ein
digitales Funknetz zur Ausführung des Verfahrens und ein in
Anspruch 20 definiertes digitales Funknetz zur Ausführung
des Verfahrens.
Bei der Übertragung von hochratigen digitalen Signalen über
frequenzselektive und zeitvariante Funkkanäle besteht die
Schwierigkeit darin, Übertragungsverfahren und
Übertragungsanlagen zu finden, die mit einem möglichst
geringen Aufwand die durch die Eigenschaften des Funkkanals
verursachten Beeinträchtigungen der digitalen
Signalübertragung minimieren und gleichzeitig eine hohe
Bandbreiteneffizient erreichen können. Die bisher bekannten
Verfahren zur Übertragung von Digitalsignalen hoher
Datenraten lassen sich grundsätzlich in Einträger-Verfahren
und Mehrträger-Verfahren einteilen.
Bei Einträgerverfahren wird der Datenstrom mit einem
geeigneten Modulationsverfahren, wie z. B. dem Gaussian
Minimum Shift Keying-Verfahren, auf einen Hochfrequenzträger
aufmoduliert, in geeigneter Weise codiert und ausgesendet.
Die von einer Sendestation ausgesendeten Signale werden an
zahlreichen, sich in dem Funkfeld befindlichen Objekten
reflektiert und breiten sich daher über mehrere Funkwege zur
Empfangsstation aus. Zwar kann bei Signalen, deren
Bandbreite deutlich größer ist als die Kohärenzbandbreite
des Funkkanals (das ist die Bandbreite, in der die
Übertragungsfunktion des Funkkanals im wesentlichen konstant
ist) aufgrund der statistischen Unabhängigkeit der
Ausbreitungswege eine Reduktion der Tiefschwundeinbrüche
(Mehrwege-Diversity) erreicht werden. Es entstehen jedoch
gleichzeitig Intersymbolinterferenzen, die im Empfänger
durch eine Entzerrung des Signals ausgeglichen werden
müssen. Hierzu verwendet man beispielsweise im Zeitbereich
arbeitende Viterbi-Entzerrer, die auf dem Maximum Likelihood
Sequence Estimation-Ansatz basieren, oder Entzerrer mit
einer quantisierten Rückkopplung. Digitalsignale mit hohen
Datenraten besitzen allerdings entsprechend kurze
Symboldauern, wodurch Intersymbolinterferenzen über eine
große Anzahl von Symbolen entstehen können, die mit
herkömmlichen Viterbi-Entzerrern oder Entzerrern mit
quantisierter Rückkopplung nicht beseitigt werden können.
Die Entwicklung leistungsstarker Zeitbereichs-Entzerrer, die
diese Aufgabe lösen könnten, scheitert gegenwärtig an zu
hohen Hardwareerfordernissen.
Demgegenüber entstehen bei Mehrträgerverfahren, bei denen
die Signalübertragung gleichzeitig über eine Vielzahl von
Unterträgern erfolgt, keine Beeinträchtigungen durch
Intersymbolinterferenzen, solange die Impulsantworten des
Funkkanals zeitlich kürzer sind als die zwischen die
Mehrträger-Symbole eingefügten Guard-Intervalle. Allerdings
zeigen Mehrträger-Verfahren sowohl in frequenzselektiven als
auch in nicht frequenzselektiven Schwundkanälen stets eine
sehr langsame Abnahme der Bitfehlerrate als Funktion des
Signal-/Rauschleistungsverhältnisses, da für jeden
Unterträger (der in Analogie zu einer schmalbandigen
Signalübertragung mit einem Träger betrachtet werden kann)
eine Rayleigh-Verteilung der Amplituden vorliegt. Als
weiterer Nachteil ist die hohe Dynamik des Zeitsignals und
damit die verbundenen Linearitätsanforderungen an die
übertragungstechnischen Komponenten anzusehen, die zu
aufwendigen schaltungstechnischen Realisierungen führen
würden. Ein Nachteil gegenüber Einträgerverfahren liegt auch
in höheren Anforderungen an die Frequenzstabilität der
Sende- und Empfangsoszillatoren.
In den beiden Aufsätzen "An Analysis of Orthogonal
Frequency-Division Multiplexing for Mobile Radio
Applications"; Proceedings of the IEEE Vehicular Technology
Conference, 1994, Seiten 1635-1639, und "Frequency-Domain
Equalization of Mobile Radio and Terrestrial Broadcast
Channels"; Proceedings of the IEEE International Conference
on Global Communications, 1994, Seiten 1-5, von Sari, H.,
Karam, G., Jeanclaude, sind Einträgerverfahren mit einer
Entzerrung der Empfangssignale im Frequenzbereich offenbart,
die im Vergleich zu den Mehrträgerverfahren bei einer
uncodierten Signalübertragung ein wesentliches günstigeres
Bitfehlerverhalten aufweisen. Mit einem
Frequenzbereichs-Entzerrer können Intersymbolinterferenzen über eine Vielzahl
von Symboldauern beseitigt werden. Allerdings wird bei den
offenbarten Einträgerverfahren nicht die
Übertragungsqualität erreicht, die mit Zeitbereichs-Entzerrern
erzielt werden könnte. Außerdem erfordern
Frequenzbereichs-Entzerrer eine höhere Schaltungskomplexität
in den Empfängern sowohl der Basisstation als auch der
Kundeneinrichtungen, da jeder Empfänger eine Transformation
in den Frequenzbereich und nach der Entzerrung im
Frequenzbereich eine Rücktransformation in den Zeitbereich
leisten muß. Dies ist insbesondere vor dem Gesichtspunkt,
daß die Kundeneinrichtungen möglichst einfach und
kostengünstig ausgebildet sein sollten, als nachteilig
anzusehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zum bidirektionalen übertragen von hochratigen
Digitalsignalen über eine Funkverbindung, eine Basisstation
für ein digitales Funknetz zur Ausführung des Verfahrens
sowie ein digitales Funknetz zur Verfügung zu stellen,
welche die Vorteile der bekannten Verfahren nutzen und
gleichzeitig deren Nachteile verringern oder sogar gänzlich
vermeiden.
Dieses technische Problem löst die Erfindung zum einen mit
den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 und den Merkmalen
des Anspruchs 9 sowie des Anspruchs 20. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen
umschrieben.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht insbesondere darin, daß
ein Einträgerverfahren angewendet und die funkspezifische
Signalverarbeitung im Empfänger einer Basisstation im
Frequenzbereich durchgeführt. Dazu wird zunächst das von
einer stationären oder mobilen Kundeneinrichtung
abgestrahlte und sich aufgrund von Reflexionen an Objekten
über mehrere Funkkanäle ausbreitende Digitalsignal an
wenigstens zwei räumlich getrennt angeordneten Diversity-Antennen
einer Empfangseinrichtung der Basisstation
empfangen. Dieser Empfang wird auch als Diversity-Empfang
bezeichnet. Jede Diversity-Antenne ist dabei Bestandteil
eines getrennten Diversity-Zweiges. Das Empfangssignal jedes
Diversity-Zweiges wird in das Basisband umgesetzt. Danach
wird es in den Frequenzbereich transformiert und
anschließend einer Diversity-Kombination unterworfen. Die
Diversity-Kombination kann auf der Grundlage des bekannten
Maximum Ratio Combining (MRC)-Ansatzes oder auf der
Grundlage eines Selection Combining-Ansatzes durchgeführt
werden. Anschließend wird das kombinierte Signal im
Frequenzbereich entzerrt und schließlich in den Zeitbereich
zurücktransformiert. Das in den Zeitbereich
zurücktransformierte Digitalsignal wird einem an sich
bekannten Demodulator zugeführt, der die Nutzdaten aus dem
komplexen Basisbandsignal zurückgewinnt. Dank der
gemeinsamen Durchführung einer Diversity-Kombination sowie
einer Entzerrung des kombinierten Signals im Frequenzbereich
wird ein deutlich besseres Bitfehlerverhalten erreicht, als
dies bei einem Frequenzbereichs-Entzerrer ohne eine
Diversity-Kombination möglich wäre. Dies ist dadurch
begründet, daß die frequenzselektiven Eigenschaften für
jeden Diversity-Zweig bzw. Funkkanal, über den sich das
ausgesendete Digitalsignal ausbreitet, dekorreliert sind. An
den Stellen nämlich, an denen die Übertragungsfunktion eines
Funkkanals tiefe Amplitudeneinbrüche verzeichnet, weist der
andere Funkkanal mit großer Wahrscheinlichkeit hohe
Amplituden auf. Somit zeigt die resultierende
Übertragungsfunktion nach einer Diversity-Kombination
wesentlich geringere Amplitudenschwankungen als die
jeweilige Übertragungsfunktion der beiden einzelnen
Funkkanäle bzw. Diversity-Zweige.
Ungeachtet der jeweils angewandten Diversity-Kombination muß
für jeden Funkkanal, über den sich das Digitalsignal
aufgrund von Reflexionen an Objekten ausbreitet, die dazu
gehörende Übertragungsfunktion ermittelt werden. Dazu werden
zunächst von der Kundeneinrichtung, die mit einer
Basisstation Daten austauschen möchte, zu vorbestimmten
Zeitintervallen Referenzsymbole ausgesendet, die zwischen
der Kundeneinrichtung und der Basisstation zuvor vereinbart
worden sind. Die Empfangseinrichtung in der Basisstation ist
derart ausgebildet, daß sie aus den Referenzsymbolen die
Übertragungsfunktion sowie die dazu gehörende, konjugiert
komplexe Übertragungsfunktion für jeden Funkkanal berechnen
kann. Darüber hinaus wird in der Empfangseinrichtung die
resultierende Funkkanal-Übertragungsfunktion berechnet.
Vorzugsweise wird die Diversity-Kombination auf der
Grundlage des sogenannte Maximum Ratio Comining-Ansatzes
durchgeführt, bei dem das Frequenzspektrum jedes
Empfangssignals mit der komplex konjugierten Funkkanal-
Übertragungsfunktion des entsprechenden Funkkanals
multipliziert wird. Anschließend werden alle auf diese Weise
gewichteten Spektralanteile der Empfangssignale jedes
Diversity-Zweiges addiert. Das kombinierte Signal wird
anschließend im Frequenzbereich dadurch entzerrt, daß das
Kombinationssignal mit der zuvor in der Empfangseinrichtung
berechneten, resultierenden Funkkanal-Übertragungsfunktion
dividiert wird. Das auf diese Weise entzerrte Signal wird
anschließend einer Zeitbereichstransformation unterworfen
und zum Demodulator weitergeleitet.
Um einen guten Kompromiß zwischen dem Maß einer
Rauschanhebung und der verbleibenden Restverzerrung eingehen
zu können, ist es zweckmäßig, die Entzerrung des
kombinierten Signals nach dem Kriterium des kleinsten
mittleren Fehlerquadrats durchzuführen. Hierzu wird zu der
resultierenden Funkkanalübertragungsfunktion ein Faktor α
hinzuaddiert, der zum inversen mittleren Signal-Rauschleistungsverhältnis
an der Empfangseinrichtung der
Basisstation proportional ist.
Dank dieser Entzerrung des kombinierten Signals im
Frequenzbereich wird die Intersymbolinterferenz vergleichbar
wie bei Mehrträgerverfahren im wesentlichen vollständig
beseitigt, wenn die Übertragung der Digitalsignale
blockweise erfolgt und ein zwischen den Blöcken eingefügtes
Guard-Intervall eine zeitliche Länge aufweist, die größer
ist als die Impulsantwort des Funkkanals.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß das von
der Basisstation zur Kundeneinrichtung zu übertragende
hochratige Digitalsignal (diese Übertragungsrichtung wird
auch als Downlink- bzw. Abwärts-Richtung bezeichnet) in der
Basisstation in den Frequenzbereich transformiert und an
wenigstens zwei parallel geschaltete Zweige angelegt wird.
Das an jeden Zweig angelegte Signal wird im Frequenzbereich
vorverzerrt und anschließend in den Zeitbereich
zurücktransformiert. Das in den Zeitbereich
zurücktransformierte Signal jedes Zweiges wird nach einer
Umsetzung in die Hochfrequenzlage über eine jedem Zweig
zugeordnete Antenne abgestrahlt, so daß an der
Empfangseinrichtung der Kundeneinrichtung ein unverzerrtes
Signal anliegt. Dank dieser Vorverzerrung des zu
übertragenden Signals im Frequenzbereich in der Basisstation
kann die Empfangseinrichtung jeder Kundeneinrichtung mit
einer geringeren Komplexität und daher kostengünstiger
hergestellt werden. Darüber hinaus wird eine
Übertragungsqualität erreicht, die nur noch von dem
Signal-Rauschleistungsverhältnis des Empfängers der
Kundeneinrichtung und nicht mehr von den frequenzselektiven
Kanaleigenschaften abhängt. Darüber hinaus erfordert die
Abstrahlung vorverzerrter Digitalsignale über wenigstens
zwei Antennen auch bei frequenzselektiven Funkkanälen
lediglich die gleiche mittlere Sendeleistung wie bei einem
unverzerrten Funkkanal, ohne daß eine Verschlechterung des
Bitfehlerverhaltens an der Empfangseinrichtung der
Kundeneinrichtung auftritt. Würde man hingegen das
Digitalsignal nur über eine Antenne der Basisstation
abstrahlen, müßte bei einem frequenzselektiven Kanal eine
wesentlich größere mittlere Sendeleistung als bei einem
unverzerrten Übertragungskanal aufgewendet werden. Bei der
Abstrahlung über zwei Antennen kann auch bei
frequenzselektiven Kanälen trotz Vorverzerrung die gleiche
mittlere Sendeleistung wie im unverzerrten Fall beibehalten
werden, ohne daß eine Verschlechterung des
Bitfehlerverhaltens an der Empfangseinrichtung der
Kundeneinrichtung auftritt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer
bidirektionalen breitbandigen Funkverbindung zwischen
einer Basisstation und einer Kundeneinrichtung, bei
denen das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung
findet,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer
Signalverarbeitungseinrichtung, die in der in Fig. 1
dargestellten Basisstation verwendet wird,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer
Signalaufbereitungseinrichtung, die in der in Fig. 1
dargestellten Basisstation verwendet wird,
Fig. 4a und 4b die übertragungsfunktion des ersten
bzw. zweiten Funkkanals,
Fig. 4c die resultierende Funkkanal-Übertragungsfunktion
nach einer Maximum Ratio-Kombination im
Frequenzbereich,
Fig. 5 die zeitliche Struktur von zu sendenden
Signalblöcken,
Fig. 6 die aus Computersimulationen gewonnenen
Bitfehlerraten für eine in Aufwärtsrichtung
betriebene Signalübertragung,
Fig. 7a den zeitlichen Verlauf der Sendeleistung für eine
in Abwärtsrichtung betriebene Signalübertragung ohne
Diversity und mit einer Antenne,
Fig. 7b und 7c jeweils den zeitlichen Verlauf der
Sendeleistung der ersten bzw. zweiten Antenne für
eine in Abwärtsrichtung betriebene Signalübertragung,
bei der das auszusendende Signal über zwei Antennen
abgestrahlt wird.
In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer bidirektionalen
Funkverbindung zwischen einer Basisstation 10 und einer
Kundeneinrichtung 20 dargestellt. Es sei allerdings darauf
hingewiesen, daß die in Fig. 1 gezeigte Basisstation 10 und
die Kundeneinrichtung 20 Bestandteil eines digitalen
Funknetzes sein können, die mehrere mobile oder stationäre
Basisstationen und mehrere stationäre und/oder mobile
Kundeneinrichtungen aufweisen kann.
Die Basisstation 10 umfaßt beispielsweise zwei Antennen 30
und 40, die sowohl zum Empfangen eines Digitalsignals von
der Kundeneinrichtung 20 (diese Übertragungsrichtung wird
auch Uplink- oder Aufwärtsrichtung genannt) als auch zum
Senden eines Digitalsignals von der Basisstation 10 zur
Kundeneinrichtung 20 (diese Übertragungsrichtung wird auch
Downlink- oder Abwärtsrichtung genannt) benutzt werden
können. Dazu sind an sich bekannte Sende-Empfangsweichen
vorgesehen, die je nach Betriebsmodus die Antennen 30 und 40
in den Sende- bzw. Empfangsbetrieb umschalten. Die Antenne
30 bildet den Eingang eines ersten Diversity-Zweiges 50,
wohingegen die Antenne 40 den Eingang eines zweiten
Diversity-Zweiges 55 bildet. Die beiden Diversity-Zweige 50,
55 wiederum sind mit den Eingängen einer
Signalverarbeitungseinrichtung 60 verbunden, die
erfindungsgemäß mit dem Empfangsignal jedes Diversity-Zweiges
50, 55 eine Diversity-Kombination im Frequenzbereich
durchführt, das kombinierte Signal anschließend im
Frequenzbereich entzerrt und in den Zeitbereich
zurücktransformiert. Ein möglicher schaltungstechnischer
Aufbau und die Arbeitsweise der
Signalverarbeitungseinrichtung 60 sind weiter unten in
Verbindung mit Fig. 2 im einzelnen beschrieben. Der Ausgang
der Signalverarbeitungseinrichtung 60 ist an einen an sich
bekannten Demodulator 70 angelegt, der aus dem komplexen
Basisbandsignal die digitalen Nutzdaten zurückgewinnt. Die
beiden im Empfangsmodus arbeitenden Antennen 30 und 40, die
beiden Diversity-Zweige 50 und 55, die
Signalverarbeitungseinrichtung 60 und der Demodulator 70
bilden zusammen einen Diversity-Empfänger 80. Weitere nicht
dargestellte Komponenten der Empfangseinrichtung 60 sind
beispielsweise eine Einrichtung zur Umsetzung des
Empfangssignals in das Basisband und ein Analog-Digitalwandler
in jedem Diversity-Zweig 50, 55.
Die Basisstation 10 enthält ferner eine Sendeeinrichtung 90,
zu der im vorliegenden Beispiel auch die beiden im
Sendemodus arbeitenden Antennen 30 und 40 gehören. Die
Sendeeinrichtung 90 umfaßt zudem einen an sich bekannten
Modulator 100, der aus den digitalen Nutzdaten das komplexe
Basisbandsignal erzeugt. Ausgangsseitig ist der Modulator
100 mit einer Signalaufbereitungseinrichung 110 verbunden,
die das zu sendende Signal erfindungsgemäß auf zwei Zweige
120, 125 aufteilt, im Frequenzbereich vorverzerrt und den
beiden Antennen 30 und 40 zuführt. Die Sendeeinrichtung 90
weist außerdem in jedem Zweig 120, 125 einen Digital-Analogwandler
und eine Einrichtung zum Umsetzen des
Sendesignals in den Hochfrequenzbereich auf (nicht
dargestellt). Eine mögliche schaltungstechnische
Realisierung der Signalaufbereitungseinrichtung 110 und das
durch sie durchgeführte Verfahren sind weiter unten in
Verbindung mit Fig. 3 noch im einzelnen erläutert.
Eine Steuereinrichtung 130 in der Basisstation 10 sorgt zum
einen für das Hin- und Herschalten der Antennen 30 und 40 in
den Sende- bzw. den Empfangsbetrieb und zur
funktionsrichtigen Steuerung der
Signalaufbereitungseinrichtung 110 und der
Signalverarbeitungseinrichtung 60.
Die Kundeneinrichtung 20 umfaßt beispielsweise eine
Sende-Empfangsantenne 130, die im Empfangsbetrieb mit einem an
sich bekannten Demodulator 140 und im Sendebetrieb mit einem
an sich bekannten Modulator 150 verbunden ist. Eine
Generatoreinrichtung 160 dient dazu, zwischen der
Kundeneinrichtung 20 und der Basisstation 10 vereinbarte
Referenzsymbole zu erzeugen, die zu vorbestimmten
Zeitintervallen an die Basisstation gesendet werden. Die
Aufgabe der Referenzsymbole wird weiter unten noch
ausführlich beschrieben. Eine Steuereinrichtung 170 sorgt
zum einen für ein richtiges Umschalten der
Sende-/Empfangsantenne 130 in den Sende- bzw. Empfangsbetrieb und
zum anderen dazu, die Generatoreinrichtung 160 immer dann zu
aktivieren, wenn Referenzsymbole erzeugt und zur
Basisstation 10 übermittelt werden sollen.
Wir betrachten zunächst den Fall, daß die Kundeneinrichtung
20 ein Digitalsignal mittels eines modulierten
Hochfrequenzträgers zur Basisstation 10 übertragen möchte.
Diese Übertragung, bei der die Kundeneinrichtung 20 als
Sendeeinrichtung und die Basisstation 10 als Empfangsstation
fungiert, wird als Uplink-Übertragung bezeichnet. Es sei nun
angenommen, daß das gesendete Digitalsignal sich über die
beiden Funkkanäle 1 und 2 zu dem beiden Antennen 30 und 40
ausgebreitet hat und von ihnen empfangen worden ist.
Wir betrachten nunmehr die Fig. 2. Dort ist die
Signalverarbeitungseinrichtung 60 der Empfangseinrichtung 80
der Basisstation 10 detaillierter dargestellt. Die
Signalverarbeitungseinrichtung 60 umfaßt die beiden
Diversity-Zweige 50 und 55. In jeden Diversity-Zweig 50, 55
ist eine DFT-Einrichtung 200 bzw. 210 geschaltet, die mit
dem jeweiligen Empfangssignals nach einer Umsetzung in das
Basisband eine diskrete Fourier-Transformation (DFT)
durchführt. Mit anderen Worten transformiert die
DFT-Einrichtung 200 das über die Antenne 30 empfangene Signal in
den Frequenzbereich, und die DFT-Einrichtung 210
transformiert das über die Antenne 40 empfangene Signal in
den Frequenzbereich. Die DFT-Einrichtung 200 bildet die
Spektralanteile S₁ (kΔω) des Empfangssignals in dem
Diversity-Zweig 50, und die DFT-Einrichtung 210 bildet die
Spektralanteile S₂ (kΔω) für das Empfangssignal im
Diversity-Zweig 55. Dabei ist das Frequenzinkrement durch
die Beziehung Δω = 2 π/T gegeben, wobei T die Zeitdauer des
zur Fourier-Transformation verwendeten Signalblocks (s. Fig.
5) ist. Der Ausgang der DFT-Einrichtung 200 kann
beispielsweise über einen Schalter 205 an einen ersten
Eingang eines Multiplizierers 220 angeschlossen sein. Der
Ausgang der DFT-Einrichtung 210 ist über einen Schalter 207
mit dem ersten Eingang eines weiteren Multiplizierers 230
verbunden. Die Ausgänge der DFT-Einrichtungen 200 und 210
können ferner über die Schalter 205 und 207 mit den
Eingängen einer Funkkanal-Schätzeinrichtung 240 verbunden
werden. Die Funkkanal-Schätzeinrichtung 240 ist mit den
zweiten Eingängen der Multiplizierer 220 und 230 verbunden.
Der Ausgang jedes Multiplizierers 220 und 230 ist einem
Addierer 250 zugeführt. Der Ausgang des Addierers 250 ist
mit dem Eingang einer Einrichtung 260 verbunden, die das
Ausgangssignal des Addierers 250 in den Zeitbereich
zurücktransformiert. Die beispielsweise eine inverse
diskrete Fourier-Transformation (IDFT) ausführende
Einrichtung 260 wird nachfolgend als IDFT-Einrichtung 260
bezeichnet. Die IDFT-Einrichtung 260 ist ausgangsseitig mit
dem Demodulator 70 verbunden. Obwohl die in Fig. 2
dargestellte Signalverarbeitungseinrichtung 60 derart
aufgebaut ist, daß sie eine Diversity-Kombination auf der
Grundlage des Maximum Ratio Combining-Ansatzes durchführt,
sind beliebige Realisierungsmöglichkeiten für die
Signalverarbeitungseinrichtung 60 denkbar, die eine
erfindungsgemäße Diversity-Kombination im Frequenzbereich
ermöglichen. Es sei beispielsweise lediglich auf die
Diversity-Kombination gemäß dem Selection Combining-Ansatz
hingewiesen. Allerdings sei angemerkt, daß die hier
beschriebene, auf dem Maximum Ratio Combining-Ansatz
basierende Signalverarbeitungsreinrichtung 60 aus
herstellungstechnischen Gründen bevorzugt wird. Um die
Diversity-Kombination mit den beiden Empfangssignale in den
Diversity-Zweigen 50 und 55 im Frequenzbereich durchführen
zu können, müssen zunächst Referenzsymbole von der
Generatoreinrichtung 160 der Kundeneinrichtung 20 zur
Basisstation 10 übertragen werden. Die Steuereinrichtung 130
aktiviert die Sende-Empfangsweiche und die beiden Schalter
205 und 207 derart, daß die über die beiden Funkkanäle 1 und
2 übertragenen Referenzsymbole der Funkkanal-Schätzeinrichtung
240 zugeführt werden. Die Funkkanal-Schätzeinrichtung
240 ist derart ausgebildet, daß sie die
Übertragungsfunktionen H₁(κΔω) und H₂(κΔω) für den Funkkanal
1 bzw. 2, die dazu gehörenden, konjugiert komplexen
Übertragungsfunktionen H₁*(κΔω) und H₂*(κΔω) sowie die
resultierende Funkkanal -übertragungsfunktion
|H₁(κΔω)|² + i |H₂(κΔω)|² + α aus den übertragenen Referenzsymbolen
ermitteln kann. Der Faktor α dient dazu, Rauschanhebungen an
den Stellen, an denen die resultierende Funkkanal
übertragungsfunktion Minima besitzt zu verringern.
Anschließend schaltet die Steuereinrichtung 130 die Schalter
205 und 207 erneut, so daß die an den Antennen 30 und 40
empfangenen Nutzsignale über die beiden DFT-Einrichtungen
200 und 210 an die Eingänge der Multiplizierer 220 bzw. 230
gelangen. Die in Fig. 2 dargestellte beispielhafte
Signalverarbeitungseinrichtung 60 führt die erfindungsgemäße
MRC-Diversity-Kombination und die Entzerrung des
kombinierten Siganls im Frequenzbereich wie folgt durch:
- 1. Der Multiplizierer 220 multipliziert jeden von der DFT-Einrichtung 200 gelieferten Spektralanteil mit der konjugiert komplexen übertragungsfunktion des Funkkanals 1 und dividiert das Produkt durch die resultierende Funkkanal- Übertragungsfunktion.
- 2. Der Multiplizierer 230 multipliziert jeden von der DFT-Einrichtung 210 gelieferten Spektralanteil mit der konjugiert komplexen übertragungsfunktion des Funkkanals 2 und dividiert das Produkt durch die resultierende Funkkanal- Übertragungsfunktion.
- 3. Das Ausgangsspektrum jedes Multiplizierers 220 und 230 wird im Addierer 240 kombiniert.
Das Ausgangsspektrum des Addierers 240 ist dann das im
Frequenzbereich Diversity-kombinierte und entzerrte Spektrum
des Empfangssignals.
Grundsätzlich ist es auch möglich, die Diversity-Kombination
und die Entzerrung des Empfangssignals in zwei eindeutig
getrennten Schritten durchzuführen. Dies wird erreicht,
indem der Multiplizierer 220 und der Multiplizierer 230 die
von den jeweiligen DFT-Einrichtungen 200 bzw. 210
gelieferten Spektralanteile nur mit der dazugehörenden
konjugiert komplexen übertragungsfunktion des Funkkanals 1
bzw. 2 multiplizieren. Anschließend werden die
Produktspektren der beiden Multiplizierer 220 und 230
addiert, wodurch die MRC-Diversity-Kombination abgeschlossen
wird. Das kombinierte Signal wird danach zur Entzerrung
durch die resultierende Funkkanal-Übertragungsfunktion
dividiert. Das Endergebnis ist in beiden geschilderten
Fällen identisch. Dieses Ausgangssignal, das bespielsweise
am Addierer 250 anliegt, wird der IDFT-Einrichtung 260
zugeführt, die mit dem Summenspektrum eine inverse diskreten
Fourier-Transformation in den Zeitbereich vornimmt. Das
erhaltene Zeitsignal wird anschließend zum Demodulator sowie
einem Detektor (nicht dargestellt) zugeführt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vergleichbar wie
bei einem Mehrträgerverfahren die Intersymbolinterferenz
entfernt, wenn die Übertragung blockweise erfolgt und ein
zwischen den Blöcken eingefügtes Guard-Intervall eine
zeitliche Länge aufweist, die größer ist als die
Impulsantwort des Funkkanals. Ein geeigneter Zeitverlauf von
gesendeten Signalblöcken ist dazu in Fig. 5 dargestellt.
Beispielsweise bei eine Gesamtblocklänge von 51,2 µs
angenommen. Davon sind 6,4 µs als Guard-Intervall und 44,8
µs als Nutzintervall vorgesehen. Nimmt man eine Symboldauer
von 0,1 µs an, so könnten pro Signalblock 448 Symbole
übertragen werden. Bei Verwendung eines 4-QAM-Modulationsverfahrens
(QAM = Quadratur-Amplituden-Modulation)
entspräche dies einer Übertragung von 896 Bits
pro Block. Damit könnten beispielsweise die Inhalte zweier
aus jeweils 424 Bit bestehenden ATM-Zellen (ATM =
Asynchronous Transfer Modus) in einem Signalblock übertragen
werden. Zusätzlich könnten noch 24 Bit pro ATM-Zellen für
eine Kanalcodierung, z. B. mittels eines Reed-Solomon-Codes,
benutzt werden.
In Fig. 6 sind für eine 4-QAM-Modulation die aus einer
Computersimulation gewonnenen Bitfehlerraten BER (BER = Bit
Error Rate) für die Uplink-Übertragung als Funktion des
mittleren Signal-/Rausch-Leistungsverhältnisses SNR (SNR =
Signal-to-Noise Ratio) dargestellt. Dabei wurden die
zeitlichen Parameter aus Fig. 5 benutzt. Die Kurve a) zeigt
als Referenz die Bitfehlerrate für eine Übertragung über
einen verzerrungsfreien Kanal, wobei die Basisstation 10 nur
eine Antenne benutzt. In diesem Fall treten nur Störungen
durch das additive, gaussverteilte, weiße Rauschen AWGN
(AWGN = Additive White Gaussian Noise) an der
Empfängereinrichtung 80 auf. Erfolgt im AWGN-Kanal ein
Diversity-Empfang gemäß der Erfindung, so erhält man einen
Gewinn bezüglich des Signal-Rausch-Leistungsverhältnisses
von 3 dB. In der Kurve b) ist das Verhalten für einen nicht
frequenzselektiven Rayleigh-Kanal bei einem Empfang an der
Basisstation 10 mit nur einer Antenne dargestellt. Dieses
Verhalten hat man bei Mehrträger-Verfahren sowohl in nicht
frequenzselektiven als auch in frequenzselektiven
Schwundkanälen. Bezogen auf eine Bitfehlerrate von 10-4
ergibt sich eine Verschlechterung von etwa 22 dB gegenüber
dem AWGN-Kanal. Die Kurve c) zeigt bei gleichen
Kanalbedingungen wie bei Kurve b) das Ergebnis bei einer
Verwendung von zwei Diversity-Antennen. Durch die
Kombination dekorreiierter Schwundprozesse wird eine
deutliche Verbesserung gegenüber der Kurve b) erreicht (etwa
14 dB bei einer Bitfehlerrate von 10-4). Das für städtische
Gebiete von COST 207 definierte frequenzselektive
Kanalmodell "Typical Urban" ergibt ohne einen Antennen-Diversity
an der Basisstation 10 das in Kurve d) gezeigte
Bitfehlerverhalten. Dieses Ergebnis ist bereits ohne
Diversity wesentlich günstiger als das durch die Kurve b)
gezeigte Bitfehlerverhalten, was auf den bei
frequenzselektiven Schwund erzielbaren Mehrwege-Gewinn
zurückzuführen ist. In der Kurve e) ist erkennbar, daß sich
für dieses Kanalmodell bei dem Einsatz eines
Diversity-Empfängers eine nochmalige, deutliche Verbesserung des
Bitfehlerverhaltens ergibt. Man erreicht fast die für den
verzerrungsfreien Kanal geltende Kurve a) . Dies gilt in
ähnlicher Weise auch für das Kanalmodell "RURAL AREA",
dessen Bitfehlerverhalten für einen Diversity-Empfänger in
Kurve f) dargestellt ist.
Das vorteilhafte Verhalten einer Diversity-Kombination auf
der Grundlage eines Maximum Ratio Combining-Ansatzes läßt
sich am besten aus den Fig. 4a bis 4c nachvollziehen. In der
Fig. 4a ist beispielsweise der Betrag für eine
Übertragungsfunktion des Funkkanals 1 und in der Fig. 4b der
Betrag einer übertragungsfunktion für den Funkkanal 2
dargestellt. Die in Fig. 4a und 4b dargestellten
Musterfunktionen wurden mit Hilfe eines synthetischen
Kanalmodells "Typical Urban" entsprechend der Definitionen
von COST 207 erzeugt. In Fig. 4c ist die resultierende
Funkkanal-Übertragungsfunktion nach der Diversity-Kombination
gemäß der Erfindung dargestellt. Während die in
Fig. 4a und 4b dargestellten Übertragungsfunktionen der
beiden Funkkanäle 1 und 2 Amplitudeneinbrüche bis zu
30 dB aufweisen, zeigt die kombinierte Übertragungsfunktion
nach Fig. 4c lediglich Einbrüche in der Größenordnung von
10 dB.
Wir betrachten nunmehr Fig. 3, die die
Signalaufbereitungseinrichtung 110 der Basisstation 10 näher
darstellt. Die in Fig. 3 dargestellte
Signalaufbereitungseinrichtung 110 ist Teil der
Sendeeinrichtung 90. Das von dem Modulator 100 kommende,
modulierte, hochfrequente Trägersignal wird einer
Einrichtung 270 zugeführt, die das Zeitsignal mit Hilfe
einer diskreten Fourier-Transformation in den
Frequenzbereich transformiert. Im nachfolgenden wird die
Einrichtung 270 als DFT-Einrichtung bezeichnet. Der Ausgang
der DFT-Einrichtung 270 ist mit einem ersten Eingang eines
in den Zweig 120 geschalteten Multiplizierers 300 und mit
einem ersten Eingang eines zweiten in den Zweig 125
geschalteten Multiplizierers 320 verbunden. Der
Multiplizierer 300 ist ausgangsseitig mit einer
IDFT-Einrichtung 310 verbunden, wohingegen der Ausgang des
Multiplizierers 320 an dem Eingang einer IDFT-Einrichtung
330 anliegt. Jede IDFT-Einrichtung 310 und 330 führt mit dem
Sendesignal jedes Zweiges 120 bzw. 125 eine inverse diskrete
Fourier-Transformation in den Zeitbereich durch. Die
IDFT-Einrichtungen 310 und 330 können jeweils über einen
Digital-Analogwandler und einen Hochfrequenzumsetzer mit der Antenne
30 bzw. 40 verbunden sein. Eine Funkkanal-Schätzeinrichtung
340 ist ähnlich wie die Funkkanal-Schätzeinrichtung 240
ausgebildet, die in der Signalverarbeitungseinrichtung 60
benutzt wird. Jeweils ein Ausgang der Funkkanal-Schätzeinrichtung
340 ist mit dem Multiplizierer 300 bzw.
320 verbunden. Auch die Funkkanal-Schätzeinrichtung 340 ist
daher in der Lage, die Übertragungsfunktionen und die
dazugehörenden konjugiert komplexen Übertragungsfunktionen
der beiden Funkkanäle 1 und 2 sowie die resultierende
Funkkanal-Übertragungsfunktion zu ermitteln. Allerdings
benötigt die Funkkanal-Schätzeinrichtung 340 ebenfalls die
von der Kundeneinrichtung 20 gesendeten Referenzsymbole.
Dabei wird verlangt, daß die Zeitdauer zwischen der
Ermittlung der Funkkanal-Übertragungsfunktionen und der
Signalaussendung im Downlink-Betrieb wesentlich kürzer sein
muß als die Kohärenzzeit der Funkkanäle 1 und 2. Denkbar ist
einmal, daß die Schalter 205 und 207 in eine dritte Stellung
umschaltbar sind, so daß die Referenzsymbole über die
DFT-Einrichtungen 200 und 210 zur Schätzeinrichtung 340
übermittelt werden können. Eine weitere Möglichkeit besteht
darin, daß die Funkkanal-Schätzeinrichtung 240 der
Empfangseinrichtung 80 die Aufgaben der Funkkanal-Schätzeinrichtung
340 der Sendeeinrichtung 90 vollständig
mit übernehmen und diese somit ersetzen kann. Dies ist aber
nur dann möglich, wenn die Downlink-Übertragung eines
Digitalsignals im Zeitduplex auf der gleichen Frequenz
erfolgt wie die Uplink-Übertragung. Diese Technik ist auch
als Time-Division-Duplex (TDD) bekannt.
Die erfindungsgemäße Funktionsweise der
Signalaufbereitungsschaltung 110 wird nunmehr erläutert. Das
von der Basisstation 10 auszusendende Digitalsignal wird von
der Signalaufbereitungseinrichtung 110 derart im
Frequenzbereich vorverzerrt, daß das über die beiden
Antennen 30 und 40 abgestrahlte Signal nahezu unverzerrt von
der Empfangsantenne 130 der Kundeneinrichtung 20 empfangen
werden kann. Dazu wird das vom Modulator 90 kommende und von
der DFT-Einrichtung 270 in den Frequenzbereich
transformierte Signal auf den Zweig 120 gelegt, mit der
konjugiert komplexen übertragungsfunktion des Funkkanals 1
im Multiplizierer 300 multipliziert und durch die
resultierende Übertragungsfunktion dividiert. Das so
vorverzerrte Spektrum durchläuft die IDFT-Einrichtung 310.
Am Ausgang der IDFT-Einrichtung 310 liegt ein Zeitsignal an,
das über die im Sendebetrieb arbeitende Antenne 30 und über
den verzerrten Funkkanal 1 zur Empfangsantenne 130 der
Kundeneinrichtung 20 übertragen wird. Das an den Zweig 125
angelegte Frequenz-transformierte Signal wird mit der
konjugiert komplexen übertragungsfunktion des Funkkanals 2
im Multiplizierer 320 multipliziert und durch die
resultierende übertragungsfunktion dividiert. Das im
Frequenzbereich vorverzerrte Signal durchläuft anschließend
die IDFT-Einrichtung 330. Das am Ausgang der
IDFT-Einrichtung 330 anliegende Zeitsignal wird anschließend über
die Antenne 40 und den verzerrten Funkkanal 2 zur
Empfangsantenne 130 übertragen. Die über die verzerrten
Funkkanäle 1 und 2 übertragenen vorverzerrten Signale können
von der Empfangsantenne 130 der Kundeneinrichtung 20 in der
Summe nahezu unverzerrt empfangen werden. Eine Entzerrung
des Empfangsignals in der Kundeneinrichtung 20 entfällt
somit.
Deshalb kann die Empfangseinrichtung der Kundeneinrichtung
20 mit einem geringeren Komplexitätsgrad hergestellt und
daher kostengünstiger aufgebaut werden.
In Fig. 7a ist der zeitliche Verlauf der Sendeleistung für
2000 gesendete Signalblöcke gemäß einer Down-Link-
Übertragung dargestellt, bei der die Signale in der
Basisstation 10 vorverzerrt worden sind. Als Bezugsleistung
wurde die Sendeleistung gewählt, die bei einem idealen
unverzerrten Kanal benötigt wird, um die gleiche
Bitfehlerrate wie bei einem verzerrten Kanal (s. Kurve a in
Fig. 6) zu erhalten. Die in Fig. 7a dargestellte Kurve gibt
daher die Signalleistung an, die bei Verwendung einer
einzigen Antenne an der Basisstation 10 für einen
verzerrungsfreien Empfang an der Kundeneinrichtung 20
aufgebracht werden muß. Man erkennt, daß durchschnittlich
eine um 10 dB und im Einzelfall sogar um eine bis zu 30 dB
höhere Leistung aufgebracht werden muß. Dies ist für eine
praktische Anwendung in der Regel nicht realisierbar.
Demgegenüber wird bei der Verwendung von zwei Sendeantennen
30, 40 jeweils eine mittlere Sendeleistung benötigt, die um
3 dB unter der Sendeleistung liegt, die bei Verwendung einer
Sendeantenne und eines verzerrungsfreien Kanals benötigt
wird. Dies bedeutet, daß bei einer Vorverzerrung im Mittel
die gleiche Leistung aufgewendet werden muß wie bei einem
unverzerrten Kanal, wenn die Basisstation 10 nur eine
Sendeantenne benutzt. Die zeitlichen Schwankungen aufgrund
der Zeitvarianz der Funkkanäle 1 und 2 sind bei zwei
Antennen 30, 40 deutlich geringer als beim Einsatz nur einer
Antenne. In dem untersuchten Beispiel wird kurzzeitig eine
Leistung benötigt, die nur um ca. 4 dB über dem Bezugswert
liegt. Somit kann bei Verwendung von zwei Sendeantennen 30,
40 die beschriebene Vorverzerrung im Frequenzbereich
leistungsneutral und mit relativ geringen Anforderungen an
die Dynamik der sendeseitigen Komponenten realisiert werden.
Claims (20)
1. Verfahren zum bidirektionalen übertragen von hochratigen
Digitalsignalen zwischen wenigstens einer Basisstation
(10) und wenigstens einer Kundeneinrichtung (20) über
eine Funkverbindung mit folgenden Schritten:
- a) das von der Kundeneinrichtung abgestrahlte und sich über mehrere Funkkanäle (1, 2) ausbreitende Digitalsignal wird an wenigstens zwei räumlich getrennt angeordneten Diversity-Antennen (30, 40) einer Empfangseinrichtung (80) der Basisstation (10) empfangen (Diversity-Empfang), wobei jede Diversity-Antenne (30, 40) einem getrennten Diversity-Zweig (50, 55) zugeordnet wird,
- b) das Empfangssignal jedes Diversity-Zweiges (50, 55) wird in den Frequenzbereich (200, 210) transformiert,
- c) die Empfangssignale werden im Frequenzbereich einer Diversity-Kombination (220-250) unterworfen,
- d) das kombinierte Signal wird im Frequenzbereich entzerrt (220-250), und
- e) das kombinierte und entzerrte Digitalsignal wird in den Zeitbereich (260) zurücktransformiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß vor der Ausführung des
Schrittes c) die Kundeneinrichtung zu vorbestimmten
Zeitintervallen Referenzsymbole aussendet, aus denen in
der Basisstation die Übertragungsfunktion für jeden
Funkkanal ermittelt wird, über den sich das abgestrahlte
Digitalsignal zur jeweiligen Diversity-Antenne
ausbreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt c) die
Einzelschritte umfaßt:
- c1) in der Basisstation wird zu jeder Funkkanal- Überragungsfunktion die dazugehörende konjugiert komplexe Funkkanal-Übertragungsfunktion berechnet und das Empfangssignal jedes Diversity-Zweiges wird mit der jeweiligen konjugiert komplexen Funkkanal- Übertragungsfunktion multipliziert,
- c2) die in c1) gebildeten Produktsignale werden addiert, und daß Schritt d) die folgenden Schritte umfaßt:
- d1) es wird die resultierende Funkkanal-Übertragungsfunktion |H₁(ω)|² + . . . + |Hn(ω)|²berechnet, wobei n die Anzahl der Funkkanäle ist, und
- d2) das in c2) gebildete Kombinationssignal wird durch die in dl) berechnete resultierende Funkkanal- Übertragungsfunktion dividiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) die folgenden
Schritte umfaßt:
- d1′) es wird die resultierende Funkkanal-Übertragungsfunktion |H₁(ω)|² + . . . + |Hn(ω)|² + αberechnet, wobei der Faktor α proportional zum inversen mittleren Signal-/Rauschleistungsverhältnis an der Empfangseinrichtung der Basisstation ist, und
- d2′) das in c2) gebildete Kombinationssignal wird durch die in d1′) berechnete Funkkanal-Übertragungsfunktion dividiert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalsignale
blockweise übertragen werden und daß zwischen die
einzelnen Blöcke jeweils ein Guard-Intervall eingefügt
wird, dessen zeitliche Länge größer ist als die
Impulsantwort jedes Funkkanals.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) das von der Basisstation zur Kundeneinrichtung zu übertragende hochratige Digitalsignal in den Frequenzbereich transformiert und an wenigstens zwei parallelgeschaltete Zweige angelegt wird, daß
- b) das Signal jedes Zweiges im Frequenzbereich vorverzerrt wird, daß
- c) das vorverzerrte Signal jedes Zweiges in den Zeitbereich zurücktransformiert wird, und daß
- d) das zurücktransformierte Signal jedes Zweiges über eine dem Zweig zugeordnete Antenne abgestrahlt wird, so daß an der Empfangseinrichtung der Kundeneinrichtung ein unverzerrtes Signal anliegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kundeneinrichtung zu
vorbestimmten Zeitpunkten Referenzsymbole aussendet, aus
denen in der Basisstation die übertragungsfunktion für
jeden Funkkanal ermittelt wird, über den sich das von
der Basisstation zur Kundeneinrichtung zu sendende
Signal des entsprechenden Zweiges ausbreitet, wobei die
Referenzsymbole im Zeitduplex mit einer Frequenz
übertragen werden, die der Sendefrequenz der
Basisstation entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß für jede Funkkanal-
Übertragungsfunktion die dazu gehörende konjugiert
komplexe Funkkanal-Übertragungsfunktion berechnet wird,
und daß
das Signal in jedem Zweig mit der entsprechenden
konjugiert komplexen übertragungsfunktion multipliziert
und durch die in der Basisstation berechnete
resultierende Funkkanal-Übertragungsfunktion
|H₁(ω)|² + . . . + |Hn(ω)|²oder|H₁(ω)|² + . . . + |Hn(ω)|² + αdividiert wird, wobei n die Anzahl der Funkkanäle und α
ein Faktor ist, der proportional zum inversen mittleren
Signal-/Rauschleistungsverhältnis ist.
9. Basisstation für ein digitales Funknetz zur Ausführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8
umfassend:
eine Diversity-Empfangseinrichtung (80) mit wenigstens zwei räumlich getrennt angeordneten, je einem Diversity-Zweig (50, 55) zugeordneten Diversity-Antennen (30, 40), die ein sich über mehrerer Funkkanäle (1, 2) ausbreitendes hochratiges Digitalsignal empfangen, und mit
einer Signalverarbeitungseinrichtung (60), die das Empfangssignal jedes Diversity-Zweiges (50, 55) in den Frequenzbereich transformiert (200, 210), mit den transformierten Empfangssignalen eine Diversity-Kombination ausführt, das kombinierte Signal entzerrt und in den Zeitbereich zurücktransformiert.
eine Diversity-Empfangseinrichtung (80) mit wenigstens zwei räumlich getrennt angeordneten, je einem Diversity-Zweig (50, 55) zugeordneten Diversity-Antennen (30, 40), die ein sich über mehrerer Funkkanäle (1, 2) ausbreitendes hochratiges Digitalsignal empfangen, und mit
einer Signalverarbeitungseinrichtung (60), die das Empfangssignal jedes Diversity-Zweiges (50, 55) in den Frequenzbereich transformiert (200, 210), mit den transformierten Empfangssignalen eine Diversity-Kombination ausführt, das kombinierte Signal entzerrt und in den Zeitbereich zurücktransformiert.
10. Basisstation nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung eine Steuereinheit (130)
und eine Funkkanal-Übertragungsfunktion-
Schätzeinrichtung (240) aufweist, wobei die
Steuereinheit (130) die von einer Kundeneinrichtung (20)
zu vorbestimmten Zeitpunkten ausgesendeten
Referenzsymbole zur Schätzeinrichtung (240)
weiterleitet.
11. Basisstation nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzeinrichtung (240)
aus den Referenzsymbolen die zu jedem Funkkanal gehörende
Übertragungsfunktion ermitteln kann.
12. Basisstation nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung (60) die zu jeder
Funkkanal-Übertragungsfunktion gehörende konjugiert
komplexe übertragungsfunktion und die resultierende
Funkkanal-Übertragungsfunktion
|H₁(ω)|² + . . . + |Hn(ω)|²oder|H₁(ω)|² + . . . + |Hn(ω)|² + αberechnen kann, wobei n die Anzahl der Funkkanäle (1, 2)
und der Faktor α proportional zum inversen mittleren
Signal-/Rauschleistungsverhältnis der Diversity-Empfangseinrichtung
(80) ist.
13. Basisstation nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Diversity-Zweig (50,
55) einen Multiplizierer (220, 230) enthält, an dessen
einem Eingang das jeweilige Empfangsignal anliegt und
dessen anderer Eingang mit der Schätzeinrichtung (240)
verbunden ist.
14. Basisstation nach Anspruch 13,
gekennzeichnet durch einen Addierer (250), an den der
Ausgang jedes Multiplizierers (220, 230) angeschlossen
ist.
15. Basisstation nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung (90) mit
folgenden Merkmalen:
wenigstens zwei Antennen (30, 40), eine Einrichtung (270) zur Transformation des abzusendenden hochratigen Digitalsignals in den Frequenzbereich, wenigstens zwei parallel geschaltete Zweige (120, 125) , die je eine Einrichtung (310, 330) zur Rücktransformation des abzusendenden Signals in den Zeitbereich enthalten, und einen im Frequenzbereich betriebenen Vorverzerrer (300, 320, 340).
wenigstens zwei Antennen (30, 40), eine Einrichtung (270) zur Transformation des abzusendenden hochratigen Digitalsignals in den Frequenzbereich, wenigstens zwei parallel geschaltete Zweige (120, 125) , die je eine Einrichtung (310, 330) zur Rücktransformation des abzusendenden Signals in den Zeitbereich enthalten, und einen im Frequenzbereich betriebenen Vorverzerrer (300, 320, 340).
16. Basisstation nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverzerrer eine
Funkkanal-Schätzeinrichtung (340) und in jedem Zweig
(120, 125) einen mit der Schätzeinrichtung (340)
verbundenen Multiplizierer (300, 320) aufweist.
17. Basisstation nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Funkkanal-Schätzeinrichtung
(340) aus den von einer
Kundeneinrichtung kommenden Referenzsymbole die
Übertragungsfunktion für jeden Funkkanal (1, 2)
ermittelt.
18. Basisstation nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzeinrichtung (340)
die zu jeder übertragungsfunktion gehörende konjugiert
komplexe Übertragungsfunktion und die resultierende
Funkkanal-Übertragungsfunktion
|H₁(ω)|² + . . . + |Hn(ω)|²oder|H₁(ω)|² + . . . + |Hn(ω)|² + αberechnen kann, wobei n die Anzahl der Funkkanäle (1, 2)
und α ein Faktor ist, der proportional zum inversen
mittleren Signal-/Rauschleistungsverhältnis der
Diversity-Empfangseinrichtung (80) ist.
19. Basisstation nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (90)
das auszusendende Signal in jedem Zweig (120, 125) mit
der entsprechenden konjugiert komplexen Funkkanal-
Übertragungsfunktion multipliziert und durch eine der
beiden resultierenden Funkkanal-Übeträgungsfunktionen
dividiert.
20. Digitales Funknetz zur Ausführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 8 mit
wenigstens einer Basisstation (10) nach einem der
Ansprüche 9 bis 19 und
wenigstens einer mobilen oder stationären
Kundeneinrichtung (20), die einen Demodulator (140),
einen Modulator (150), einen Generator (160) zum
Erzeugen von Referenzsymbolen, eine Steuereinheit (170)
und eine Sende-/Empfangsantenne (130) aufweist.
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ID=7778182
Family Applications (1)
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